(57)【要約】【課題】ＯＢ画素から読み出された黒レベルのずれが大きい場合においても、ＯＢ画素から読み出された黒レベルを目標値に効率よく収束させる。【解決手段】  画素から読み出される画素信号の増幅率を設定するアナログゲインＧＡがどのレンジに属するかを判定するアナログゲインレンジ判定部１７と、アナログゲインレンジ判定部１７による判定結果に基づいて、黒レベルを設定するクランプパラメータＰＣの制御条件を設定するクランプパラメータ制御条件設定部１８と、クランプパラメータ制御条件設定部１８にて設定された制御条件に基づいて、クランプパラメータＰＣを制御するクランプパラメータ制御部１６とを備える。【選択図】      図１
2013030832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素から読み出される画素信号の増幅率を設定するアナログゲインがどのレンジに属するかを判定するアナログゲインレンジ判定部と、
前記アナログゲインレンジ判定部による判定結果に基づいて、黒レベルを設定するクランプパラメータの制御条件を設定するクランプパラメータ制御条件設定部と、
前記クランプパラメータ制御条件設定部にて設定された制御条件に基づいて、前記クランプパラメータを制御するクランプパラメータ制御部とを備えることを特徴とする黒レベル調整制御装置。
【請求項２】
前記クランプパラメータ制御条件設定部は、前記アナログゲインレンジ判定部による判定結果に基づいて、前記クランプパラメータのプリセット値を設定するＦＢＣプリセット値設定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の黒レベル調整制御装置。
【請求項３】
前記クランプパラメータ制御条件設定部は、前記アナログゲインレンジ判定部による判定結果に基づいて、黒レベル調整終了を判定するＦＢＣ終了判定制御部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の黒レベル調整制御装置。
【請求項４】
前記クランプパラメータ制御条件設定部は、前記アナログゲインレンジ判定部による判定結果に基づいて、前記クランプパラメータの変化量を設定する変化ステップ制御部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の黒レベル調整制御装置。
【請求項５】
画像信号を出力するＣＭＯＳセンサと、
前記ＣＭＯＳセンサから読み出された画像信号の黒レベルを調整する黒レベル調整制御部とを備え、
前記ＣＭＯＳセンサは、
有効画素が配列された有効画素部と、
ＯＢ画素が配列されたＯＢ画素部と、
基準電圧との比較結果に基づいて、前記有効画素から読み出された信号成分をデジタル化するカラムＡＤＣ回路と、
前記基準電圧を制御する基準電圧制御部とを備え、
前記黒レベル調整制御部は、
前記有効画素から読み出される画素信号の増幅率を設定するアナログゲインがどのレンジに属するかの判定結果に基づいて、前記黒レベルを設定するクランプパラメータを増減させることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は黒レベル調整制御装置および固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置では、撮像時の黒レベル基準を設定するためにＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｌａｃｋ）画素を設けたものがある。このＯＢ画素は高温または高感度などの使用条件によって暗電圧が変動し、ＯＢ画素から読み出された黒レベルがずれる。このような黒レベルのずれを補償するため、ＯＢ画素から読み出された黒レベルが目標値に収束するまで画素信号のＡＤ変換時のクランプ電圧をフィードバック制御することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３５７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの実施形態の目的は、ＯＢ画素から読み出された黒レベルのずれが大きい場合においても、ＯＢ画素から読み出された黒レベルを目標値に効率よく収束させることが可能な黒レベル調整制御装置および固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の黒レベル調整制御装置によれば、アナログゲインレンジ判定部と、クランプパラメータ制御条件設定部と、クランプパラメータ制御部とが設けられている。アナログゲインレンジ判定部は、画素から読み出される画素信号の増幅率を設定するアナログゲインがどのレンジに属するかを判定する。クランプパラメータ制御条件設定部は、前記アナログゲインレンジ判定部による判定結果に基づいて、黒レベルを設定するクランプパラメータの制御条件を設定する。クランプパラメータ制御部は、前記クランプパラメータ制御条件設定部にて設定された制御条件に基づいて、前記クランプパラメータを制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、一実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１のＣＭＯＳセンサの概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１の黒レベル調整制御部におけるアナログゲインレンジ分割方法を示す図である。
【図４】図４は、図３のアナログゲインレンジ分割に応じたプリセット係数の設定方法を示す図である。
【図５】図５は、図３のアナログゲインレンジ分割に応じたクランプパラメータ変化量の設定方法を示す図である。
【図６】図６は、アナログゲインの高低に応じた黒レベル調整終了条件範囲の設定方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態に係る固体撮像装置について図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、一実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、この固体撮像装置には、画像信号Ｓ１を出力するＣＭＯＳセンサ１０１およびＣＭＯＳセンサ１０１のＯＢ画素から読み出された黒レベルが所定条件を満たすようにフィードバック制御する黒レベル調整制御部１１１が設けられている。なお、例えば、ＣＭＯＳセンサ１０１のフィルタ配列としてベイヤ配列を用いることができ、画像信号Ｓ１としてはＲＡＷ画像信号を挙げることができる。
【０００９】
黒レベル調整制御部１１１は、ＣＭＯＳセンサ１０１のＯＢ画素から読み出された黒レベルが所定条件を満たすようにクランプパラメータＰＣを増減させることができる。ここで、黒レベル調整制御部１１１には、ＯＢ平均値算出部１１、ＯＢ差分算出部１２、クランプパラメータ制御部１６、アナログゲインレンジ判定部１７およびクランプパラメータ制御条件設定部１８が設けられている。
【００１０】
ＯＢ平均値算出部１１は、ＯＢ画素から読み出された黒レベルの平均値を算出することができる。ＯＢ差分算出部１２は、ＯＢ画素から読み出された黒レベルの平均値と目標値との差分値を算出することができる。アナログゲインレンジ判定部１７は、ＣＭＯＳセンサ１０１の画素から読み出される画素信号の増幅率を設定するアナログゲインがどのレンジに属するかを判定することができる。クランプパラメータ制御条件設定部１８は、アナログゲインレンジ判定部１７による判定結果に基づいて、黒レベルを設定するクランプパラメータＰＣの制御条件を設定することができる。クランプパラメータ制御部１６は、クランプパラメータ制御条件設定部１８にて設定された制御条件に基づいて、クランプパラメータＰＣを制御することができる。
【００１１】
クランプパラメータ制御条件設定部１８には、ＦＢＣプリセット値設定部１３、ＦＢＣ終了判定制御部１４および変化ステップ制御部１５が設けられている。
【００１２】
ＦＢＣプリセット値設定部１３は、アナログゲインレンジ判定部１７による判定結果に基づいて、クランプパラメータＰＣのプリセット値を設定することができる。なお、クランプパラメータＰＣのプリセット値は、クランプパラメータＰＣの初期値である。ＦＢＣ終了判定制御部１４は、アナログゲインレンジ判定部１７による判定結果およびＯＢ画素から読み出された黒レベルの平均値に基づいて、黒レベル調整終了を判定することができる。変化ステップ制御部１５は、アナログゲインレンジ判定部１７による判定結果およびＯＢ画素から読み出された黒レベルの平均値と目標値との差分値に基づいて、クランプパラメータＰＣの変化量を設定することができる。
【００１３】
そして、ＣＭＯＳセンサ１０１において被写体からの入射光が光電変換される。そして、ＣＭＯＳセンサ１０１にて生成された画像信号Ｓ１がＯＢクランプ回路１０３に出力される。また、ＣＭＯＳセンサ１０１のＯＢ画素から読み出されたＯＢ信号Ｓ２が黒レベル調整制御部１１１に出力される。
【００１４】
そして、ＯＢ平均値算出部１１において、各ＯＢ画素のＯＢ信号Ｓ２が１水平ラインごとに加算され、その加算値が積算数で除されることにより、ＯＢ画素から読み出された黒レベルの平均値Ｓ３が算出され、ＯＢ差分算出部１２およびＦＢＣ終了判定制御部１４に出力される。そして、ＯＢ差分算出部１２において、ＯＢ画素から読み出された黒レベルの平均値Ｓ３と目標値ＥＡとの差分値Ｓ４が算出され、変化ステップ制御部１５に出力される。
【００１５】
一方、アナログゲインレンジ判定部１７では、アナログゲインＧＡの高低に応じたレンジが設定されている。そして、アナログゲインレンジ判定部１７において、現在のアナログゲインＧＡがどのレンジに属するかを判定され、アナログゲインレンジ情報ＲＡがＦＢＣプリセット値設定部１３、ＦＢＣ終了判定制御部１４および変化ステップ制御部１５に出力される。
【００１６】
そして、ＦＢＣプリセット値設定部１３において、アナログゲインレンジ情報ＲＡに基づいて、クランプパラメータＰＣのプリセット値Ｓ５が設定され、クランプパラメータ制御部１６に出力される。
【００１７】
また、ＦＢＣ終了判定制御部１４において、アナログゲインレンジ情報ＲＡに応じた所定範囲内に黒レベルの平均値Ｓ３が収まるようにＦＢＣ実行フラグＳ６が設定され、クランプパラメータ制御部１６に出力される。
【００１８】
また、変化ステップ制御部１５において、差分値Ｓ４およびアナログゲインレンジ情報ＲＡに基づいて、クランプパラメータＰＣの変化量Ｓ７が設定され、クランプパラメータ制御部１６に出力される。
【００１９】
そして、クランプパラメータ制御部１６において、ＦＢＣ実行フラグＳ６が設定されている場合、クランプパラメータＰＣの初期値としてプリセット値Ｓ５が設定され、クランプパラメータＰＣの変化量Ｓ７に従ってクランプパラメータＰＣが増減され、ＣＭＯＳセンサ１０１に出力される。
【００２０】
これにより、アナログゲインＧＡの高低に応じて、クランプパラメータＰＣの初期値を変化させたり、クランプパラメータＰＣの変化量を変化させたり、黒レベル調整終了条件を緩和させたりすることができる。このため、高温、高感度および長時間露光の使用条件において、ＣＭＯＳセンサ１０１のＯＢ画素から読み出された黒レベルが大きく上昇し、ＯＢ画素から読み出された黒レベルのずれが大きい場合においても、ＯＢ画素から読み出された黒レベルが目標値に収束するまでの時間の増大を抑制することが可能となるとともに、ハンチングを防止することが可能となる。
【００２１】
図２は、図１のＣＭＯＳセンサの概略構成を示すブロック図である。
図２において、ＣＭＯＳセンサ１０１には、画素がロウ方向およびカラム方向にマトリックス状に配置された画素アレイ部１が設けられている。ここで、画素アレイ部１には、有効画素がロウ方向およびカラム方向にマトリックス状に配置された有効画素部１ａが設けられ、有効画素部１ａの周囲には、遮光画素（ＯＢ画素）が配置されたＯＢ画素部１ｂが設けられている。
【００２２】
また、ＣＭＯＳセンサ１０１には、画素アレイ部１を垂直方向に走査する垂直制御部２、基準電圧Ｖｒｅｆとの比較結果に基づいて、画素アレイ部１から読み出された信号成分をＣＤＳにてデジタル化するカラムＡＤＣ回路３、カラムＡＤＣ回路３にてデジタル化された信号成分を１水平ライン分だけ保持する出力用ラッチ４、画素アレイ部１を水平方向に走査する水平制御部５、クランプパラメータＰＣに基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを制御する基準電圧制御部６が設けられている。なお、クランプパラメータＰＣは、基準電圧Ｖｒｅｆのクランプレベルを設定することができる。また、基準電圧Ｖｒｅｆはランプ波を用いることができる。
【００２３】
そして、垂直制御部２にて画素アレイ部１の画素が垂直方向に走査されることにより、画素アレイ部１の画素から信号が読み出され、カラムＡＤＣ回路３に送られる。そして、カラムＡＤＣ回路３において、画素アレイ部１から読み出された信号成分がＣＤＳにてＡＤ変換され、出力用ラッチ４に保持される。そして、水平制御部５にて水平方向に走査されることにより、出力用ラッチ４を介して画像信号Ｓ１が出力される。
【００２４】
この時、黒レベル調整制御部１１１では、カラムＡＤＣ回路３によるＡＤ変換時に基準電圧ＶｒｅｆのクランプレベルにてＯＢ画素の暗電流が相殺されるようにクランプパラメータＰＣを設定することができる。
【００２５】
図３は、図１の黒レベル調整制御部におけるアナログゲインレンジ分割方法を示す図である。
図３において、例えば、アナログゲインＧＡのレンジとしてＲＡＮＧＥ＃１〜ＲＡＮＧＥ＃４の４つのレンジを設定することができる。なお、アナログゲインＧＡのレンジの分割数は必ずしも４つでなくてもよい。また、各レンジのレンジ幅は任意に設定することができる。例えば、長時間露光もしくは高温環境にて暗電流増加の影響が大きい高ゲイン側の係数を細かく調整するため、低ゲイン側のレンジ幅に比べて低ゲイン側のレンジ幅を狭くすることができる。具体的には、例えば、アナログゲインＧＡが０〜１５の間にある時はＲＡＮＧＥ＃１、アナログゲインＧＡが１６〜３１の間にある時はＲＡＮＧＥ＃２、アナログゲインＧＡが３２〜６３の間にある時はＲＡＮＧＥ＃３、アナログゲインＧＡが６４の時はＲＡＮＧＥ＃４に設定することができる。
【００２６】
そして、図１のアナログゲインレンジ判定部１７は、アナログゲインＧＡがＲＡＮＧＥ＃１に属する時は、アナログゲイン情報ＲＡとして‘０’、アナログゲインＧＡがＲＡＮＧＥ＃２に属する時は、アナログゲイン情報ＲＡとして‘１’、アナログゲインＧＡがＲＡＮＧＥ＃３に属する時は、アナログゲイン情報ＲＡとして‘２’、アナログゲインＧＡがＲＡＮＧＥ＃４に属する時は、アナログゲイン情報ＲＡとして‘４’を出力することができる。
【００２７】
図４は、図３のアナログゲインレンジ分割に応じたプリセット係数の設定方法を示す図である。
図４において、図１のＦＢＣプリセット値設定部１３では、プリセット値Ｓ５として通常動作用プリセット係数と長時間露光用プリセット係数を用意することがきる。通常動作用プリセット係数としては、アナログゲインＧＡのレンジＲＡＮＧＥ＃１〜ＲＡＮＧＥ＃４に応じて通常動作用プリセット係数ＲＮＧ１〜ＲＮＧ４をそれぞれ設定することができる。長時間露光用プリセット係数は、アナログゲインＧＡのレンジＲＡＮＧＥ＃１〜ＲＡＮＧＥ＃４に依存することなく固定値とすることができる。
【００２８】
そして、ＦＢＣプリセット値設定部１３は、通常動作時にはアナログゲインＧＡのレンジＲＡＮＧＥ＃１〜ＲＡＮＧＥ＃４に応じて通常動作用プリセット係数ＲＮＧ１〜ＲＮＧ４をそれぞれ選択し、プリセット値Ｓ５として出力することができる。長時間露光時には長時間露光用プリセット係数を選択し、プリセット値Ｓ５としてクランプパラメータ制御部１６に出力することができる。
【００２９】
例えば、アナログゲインＧＡが高い場合には低い場合に比べて通常動作用プリセット係数を大きくすることができる。アナログゲインＧＡが高い場合には低い場合に比べてＯＢ画素の暗電流が増大することから、ＯＢ画素から読み出された黒レベルの平均値Ｓ３が増大する。このため、アナログゲインＧＡが高い場合には低い場合に比べて通常動作用プリセット係数を大きくすることにより、黒レベルの平均値Ｓ３の増大分が補償されるようにクランプパラメータＰＣの初期値を設定することができ、黒レベル調整制御を収束しやすくすることができる。
【００３０】
図５は、図３のアナログゲインレンジ分割に応じたクランプパラメータ変化量の設定方法を示す図である。
図５において、図１の変化ステップ制御部１５では、アナログゲインＧＡのレンジＲＡＮＧＥ＃１〜ＲＡＮＧＥ＃４に応じてクランプパラメータ変化量係数ＲＮＨ１〜ＲＮＨ４をそれぞれ設定することができる。
【００３１】
そして、変化ステップ制御部１５は、アナログゲインＧＡのレンジＲＡＮＧＥ＃１〜ＲＡＮＧＥ＃４に応じてクランプパラメータ変化量係数ＲＮＨ１〜ＲＮＨ４を１水平期間ごとにそれぞれ選択することができる。そして、この時に選択したクランプパラメータ変化量係数ＲＮＨ１〜ＲＮＨ４を差分値Ｓ４に乗算することによりクランプパラメータＰＣの変化量Ｓ７を算出し、クランプパラメータ制御部１６に出力することができる。
【００３２】
例えば、アナログゲインＧＡが高い場合には低い場合に比べてクランプパラメータ変化量係数を大きくすることができる。アナログゲインＧＡが高い場合には低い場合に比べてＯＢ画素の暗電流が増大することから、ＯＢ画素から読み出された黒レベルの平均値Ｓ３が増大する。このため、アナログゲインＧＡが高い場合には低い場合に比べてクランプパラメータ変化量係数を大きくすることにより、黒レベルの平均値Ｓ３の増大分に応じてクランプパラメータＰＣの変化量Ｓ７を増大させることができ、黒レベル調整制御を収束しやすくすることができる。
【００３３】
図６は、アナログゲインの高低に応じた黒レベル調整終了条件範囲の設定方法を示す図である。
図６において、ＦＢＣ終了判定制御部１４では、黒レベル調整終了条件範囲ＲＢが設定され、黒レベル調整終了条件範囲ＲＢの外には黒レベル調整動作範囲ＲＣが設定される。この時、黒レベル調整終了条件範囲ＲＢと黒レベル調整動作範囲ＲＣとの境界には、ＦＢＣ収束保持範囲境界ＫＣが設定される。
【００３４】
そして、ＦＢＣ終了判定制御部１４において、黒レベルの平均値Ｓ３が黒レベル調整終了条件範囲ＲＢ外にある時はＦＢＣ実行フラグＳ６が設定され、クランプパラメータ制御部１６に出力される。一方、黒レベルの平均値Ｓ３が黒レベル調整終了条件範囲ＲＢ内にある時はＦＢＣ実行フラグＳ６の設定が解除される。
【００３５】
ここで、ＦＢＣ終了判定制御部１４では、アナログゲインＧＡに応じてＦＢＣ収束保持範囲境界ＫＣが移動されることで黒レベル調整終了条件範囲ＲＢが拡縮される。例えば、アナログゲインＧＡが高い場合は暗電流によるノイズによって黒レベルの平均値Ｓ３の変動が大きくなるので、黒レベル調整制御が収束しにくくなる。このため、アナログゲインＧＡが高い時には、黒レベル調整終了条件範囲ＲＢを拡大することにより、黒レベル調整制御を収束しやすくすることができる。一方、アナログゲインＧＡが低い時は黒レベル調整終了条件範囲ＲＢを縮小することにより、黒レベルの合わせ込みを高精度化することができ、高画質化を図ることができる。
【００３６】
なお、図３の例では、アナログゲインＧＡに応じて黒レベル調整終了条件範囲ＲＢを拡縮させるためにアナログゲインレンジ情報ＲＡをＦＢＣ終了判定制御部１４に入力する方法について説明したが、アナログゲインＧＡ自体をＦＢＣ終了判定制御部１４に入力するようにしてもよい。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１０１  ＣＭＯＳセンサ、１１１  黒レベル調整制御部、１  画素アレイ部、１ａ  有効画素部、１ｂ  ＯＢ画素部、２  垂直制御部、３  カラムＡＤＣ回路、４  出力用ラッチ、５  水平制御部、６  基準電圧制御部、１１  ＯＢ平均値算出部、１２  ＯＢ差分算出部、１３  ＦＢＣプリセット値設定部、１４  ＦＢＣ終了判定制御部、１５  変化ステップ制御部、１６  クランプパラメータ制御部、１７  アナログゲインレンジ判定部、１８  クランプパラメータ制御条件設定部
【図１】
2013030832.tif 000003
【図２】
2013030832.tif 000004
【図３】
2013030832.tif 000005
【図４】
2013030832.tif 000006
【図５】
2013030832.tif 000007
【図６】
2013030832.tif 000008